接頭及航空機結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種接頭及航空機結構。
【背景技術】
[0002]在航空機領域，例如碳纖維增強塑料(Carbon-Fiber-Reinforced Plastic: CFRP)等復合材料的應用范圍擴大到主要結構。并且，為了能夠利用復合材料重量較輕這一優勢，實現結構的輕量化，優選接頭不采用緊固件。
[0003]插入接頭中的構件通過粘合劑粘合，接頭和母材也通過粘合劑粘合。借此，構件接合到母材上。
[0004]繼而，在結構的組裝中，必須對接合到母材的板材進行高精度地定位。也就是說，接頭預先設置到母材上時，需要針對接頭，對板材進行高精度地定位。
[0005]在專利文獻I中公開了如下內容:在板材側面設置定位用銷(突起物)，在接頭側面設置供該銷嵌合的切口，插入板材，使板材的銷嵌入接頭的切口中，從而進行定位。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:美國專利第8403586號說明書
【發明內容】
[0009]發明要解決的問題
[0010]根據專利文獻I所公開的結構，可以進行定位，但接頭和母材的粘合面必須具有足夠的強度，以抵抗沿相對于母材中接合接頭的面而拉伸構件的方向作用的負荷(面外方向負荷)。
[0011 ]以往，構件和母材的粘合面平坦。但是，如果粘合面平坦，則有可能不具有足夠的強度以抵抗面外方向負荷。
[0012]本發明是鑒于上述情況開發而成，其目的在于提供一種可以更加加強接頭和母材的粘合面強度的接頭及航空機結構。
[0013]技術方案
[0014]為了解決上述課題，本發明的接頭及航空機結構采用以下方法。
[0015]本發明第一形態所涉及的接頭是用于將構件接合到母材上的接頭，傾斜部形成于所述接頭與所述母材的粘合面上，所述傾斜部傾斜于和對所述構件施加拉伸負荷的方向垂直相交的面，所述傾斜部被埋入所述母材中，和所述母材粘合。
[0016]本結構所涉及的接頭是用于將構件接合到母材上者。此外，本結構所涉及的接頭在其與母材的粘合面上形成有傾斜部。傾斜部傾斜于和對構件施加拉伸負荷的方向垂直相交的面。換言之，傾斜部朝向母材傾斜。另一方面，在母材中與接頭的粘合面上，根據傾斜部的形狀形成凹陷部，以便埋入接頭的傾斜部。借此，接頭的傾斜部被埋入母材中，和母材粘入口 ο
[0017]這里，作為粘合強度，包括構件拉伸方向(面外方向)上的強度即面外方向強度。即，面外方向強度是抵抗施加于構件的拉伸負荷(面外方向負荷)的強度。此外，粘合強度除面外方向強度外，還被分為粘合面剪切方向(面內方向)的強度，即面內方向強度。
[0018]并且，如果粘合面平坦，則面外方向強度和面內方向強度垂直相交。因此，抵抗面外方向負荷的理論粘合強度為面外方向強度。
[0019]另一方面，如本結構所述，在粘合面上形成有傾斜部時，面內方向強度具有面外方向的強度分量。因此，抵抗面外方向負荷的理論粘合強度為面外粘合強度加上面內粘合強度的正弦分量所得的強度。
[0020]S卩，粘合面上形成有傾斜部時，和粘合面平坦的情況相比，粘合強度變強。尤其是，和不形成傾斜部的情況相比，承受面外方向負荷時粘合面端部的峰值應力降低。
[0021]因此，本結構可以使接頭和母材的粘合面強度更強。
[0022]在上述第一形態中，所述粘合面的相反面以相較于中央部，厚度逐漸變薄的方式朝向端部傾斜。
[0023]和粘合面的相反面不傾斜，也就是說接頭的端部例如垂直于母材的情況相比，本結構中接頭和母材的剛度差變小。另外，粘合面的相反面傾斜可能會導致接頭端部的強度降低。但是，通過在粘合面上形成傾斜部，可以使承受面外方向負荷時接頭端部的峰值應力降低，從而可以抑制接頭端部破損。
[0024]在上述第一形態中，所述傾斜部由多個傾斜面形成。
[0025]根據本結構，可以使粘合面的粘合強度均等。
[0026]在上述第一形態中，所述傾斜部由相對于所述母材的角度各不相同的多個傾斜面形成。
[0027]根據本結構，可以根據預計施加給接頭的負荷，使角度各不相同，從而調整粘合面的強度。
[0028]在上述第一形態中，所述傾斜部由一個傾斜面形成。
[0029]根據本結構，能夠以簡易結構使接頭和母材的粘合面強度更強。
[0030]本發明第二形態所涉及的航空機結構具備上述所記載的接頭以及母材，所述母材根據所述傾斜部的形狀形成凹陷部，以便埋入所述接頭的所述傾斜部;所述接頭被埋入所述母材中，并通過粘合的方式接合。
[0031]有益效果
[0032]根據本發明，可以獲得能夠使接頭和母材的粘合面強度更強的優異效果。
【附圖說明】
[0033]圖1是表示航空機主翼部分斷裂的立體圖。
[0034]圖2是表示本發明實施方式所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
[0035]圖3是本發明實施方式所涉及的接頭和母材接合的側視圖。
[0036]圖4是圖3所示區域A的放大圖。
[0037]圖5是表示本發明實施方式所涉及的接頭及母材形狀的立體圖。
[0038]圖6是表示母材上未形成凹陷部的粘合層粘合強度的模式圖。
[0039]圖7是表示本發明實施方式所涉及的粘合層粘合強度的模式圖。
[0040]圖8是本發明實施方式所涉及的粘合層所產生的應力計算用數值分析模型的結構圖。
[0041 ]圖9是圖8所示區域B的放大圖。
[0042]圖10是表示本發明實施方式所涉及的數值分析結果的曲線圖。
[0043]圖11是表示本發明第I改進例所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
[0044]圖12是圖11所示區域C的放大圖。
[0045]圖13是表示本發明第2改進例所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
[0046]圖14是圖13所示區域D的放大圖。
[0047]圖15是表示本發明第3改進例所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
[0048]圖16是表示本發明第4改進例所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
[0049]圖17是表示本發明第5改進例所涉及的接頭及母材形狀的側視圖。
【具體實施方式】
[0050]以下，參照附圖，對本發明所涉及的接頭及航空機結構的一個實施方式進行說明。[0051 ]圖1是表示航空機主翼I部分斷裂的立體圖。
[0052]主翼I具備上側蒙皮3、下側蒙皮5、前梁7、后梁9以及多個翼肋11。
[0053]上側蒙皮3及下側蒙皮5構成主翼I的外形，是同時兼做空氣動力面的薄板，前梁7、后梁9及縱梁(省略圖示)一同承擔作用于主翼I的拉伸負荷及一部分壓縮負荷。
[0054]如圖1所示，前梁7及后梁9為沿主翼I的翼長方向延伸的結構構件，是配置于上側蒙皮3及下側蒙皮5之間的構件。
[0055]在前梁7和后梁9之間，沿主翼I的翼長方向延伸的輔助構件即多個縱梁配置于上側蒙皮3或下側蒙皮5的內側面。
[0056]如圖1所示，翼肋11為沿主翼I的翼寬方向延伸，并配置于上側蒙皮3及下側蒙皮5之間的結構構件。換言之，翼肋11為沿與前梁7及后梁9大致垂直相交的方向延伸的結構構件，是形成為主翼I的剖面形狀的板狀構件。
[0057]這里，本實施方式所涉及的接頭20(參照圖2等)用于例如上側蒙皮3和前梁7或后梁9的接合、下側蒙皮5和前梁7或后梁9的接合、翼肋11和前梁7或后梁9的接合等。另外，接頭20也可以用于航空機主翼I以外的結構中。
[0058]接著，對本實施方式所涉及的接頭20的詳細內容進行說明。
[0059]圖2是表示本實施方式所涉及的接頭20及母材22的形狀的側視圖，圖3是接頭20和母材22接合的側視圖，圖4是圖3所示區域A的放大圖，圖5是表示接頭20及母材22的形狀的立體圖。
[0060]本實施方式所涉及的接頭20設置于母材22上，是形成有溝部24的所謂PAI(Ji)型接頭。
[0061 ]接頭20例如如上所述用于航空機的機身結構中，用于將構成一部分機身結構的構件(在本實施方式中，以板材26為例)插入溝部24中。例如，前梁7或后梁9為母材22，翼肋11為板材26。
[0062]繼而，在板材26和溝部24的間隙中填充粘合劑，借此，板材26粘合到接頭20上。另一方面，接頭20通過粘合劑粘合到母材22上。另外，母材22和接頭20的粘合方法以及接頭20和板材26的粘合方法并無特別限定。
[0063]如此，使用接頭20進行粘合，無需使用緊固件，板材26便能接合到母材22上。
[0064]接頭20、母材22及板材26的材質為例如碳纖維增強塑料(Carbon-Fiber-Reinforced Plastic:CFRP)等復合材料。CFRP使用碳纖維作為增強材料，使用合成樹脂作為基體。另外，并不限定于此，也可以使用鋁合金等金屬作為接頭20、母材22及板材26的材質。
[0065]此外，本實施方式所涉及的接頭20在其與母材22的粘合面25上形成傾斜部28。傾斜部28傾斜于和對板材26施加拉伸負荷的方向(垂直方向，圖3的A方向)垂直相交的面(水平方向，圖3的B方向)。換言之，傾斜部28朝向母材22傾斜。另外，本實施方式所涉及的傾斜部28從接頭20的端部30開始傾斜。
[0066]進一步，傾斜部28由兩個傾斜面28A、28B形成。并且，傾斜面28A、28B相交，形成角部32。角部32沿接頭20的長度方向延伸，即和接頭20的端部30平行地延伸。
[0067]此外，接頭20的粘合面25的相反面(以下簡稱為“相反面”)34以相較于接頭20的中央部，厚度逐漸變薄的方式朝向端部30傾斜為錐形。
[0068]另一方面，母材22在其與接頭20的粘合面36上，根據傾斜部28的形狀形成凹陷部38，以便埋入接頭20的傾斜部28。
[0069]借此，接頭20的傾斜部28被埋入母材22中，和母材22粘合。
[0070]另外，在以下說明中，將相對于傾斜面28A、28B的B方向所成的角度定義為傾斜角Θ。此外，在以下說明中，將接頭20的粘合面25及母材22的粘